Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ ВЫСОКОНАПОЛНЕННОЙ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ

Предлагаемое изобретение относится к области изготовления изделия из высоконаполненной полимерной композиции в том числе изделия из смесевого твердого ракетного топлива, а именно к способу определения предела текучести полимерной композиции при отработке и изготовлении изделий.

Получение монолитного изделия является одной из основных задач процесса изготовления изделия из высоконаполненной полимерной композиции. Предел текучести полимерной композиции наряду с такими реологическими характеристиками, как вязкость, растекаемость, является одним из основных критериев при выборе оптимальных параметров формования и оценки пригодности данной полимерной композиции для изготовления качественного по монолитности изделия.

Известны способы определения предельного напряжения сдвига материала по патентам РФ №1536267, МПК G01N 11/10 и РФ №2300750, МПК G01N 3/26, G01N 3/26, заключающиеся в погружении в испытываемую среду под действием нагрузки пуансона с фиксированием нагрузки, площади и глубины погружения пуансона и в нагружении цилиндрического образца кручением с замером крутящего момента и угла закручивания с последующим в обоих случаях расчетом по результатам испытания напряжения сдвига.

К недостаткам первого способа следует отнести фиксирование нескольких переменных величин при испытании, что может привести к ошибке при расчетах, к недостаткам второго - возможность исследования только твердых заполимеризованных материалов.

Известен способ определения реологических характеристик веществ по патенту РФ №1612243, МПК G01N 11/10 (заявлено 12.01.89 г., опубликовано 07.12.90 г.), заключающийся в деформировании цилиндрического образца между параллельными пластинами. Определение реологических характеристик по данному способу, взятому авторами за прототип, предусматривает приготовление исследуемых материалов (например, суспензии и дисперсной среды), изготовление из них геометрически подобных цилиндрических образцов (двух или более), помещение каждого образца между параллельными пластинами с последующим нагружением их путем сжатия с постоянной силой, измерение времени деформирования цилиндров до заданной одинаковой относительной высоты и расчет реологических характеристик.

Недостатком данного способа определения реологических характеристик является то, что он не содержит ряд существенных признаков, необходимых для оценки с высокой точностью одного из важных показателей реологического поведения полимерных композиций - предела текучести. Знание данного показателя необходимо для обеспечения изготовления монолитного (без воздушных включений) изделия.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа определения с высокой точностью в широком температурном диапазоне предела текучести высоконаполненной полимерной композиции, в том числе незаполимеризованной массы смесевого твердого ракетного топлива.

Поставленная задача решается следующим образом: цилиндрический образец с соотношением диаметра к высоте 1,4:1,0 формируют в термокамере, термостатируют при температуре 20-70°С в течение 10-20 минут, выпрессовывают выталкивающим штоком на поверхность термокамеры до совмещения торцевой поверхности выталкивающего штока с верхней плитой термокамеры, при этом поверхность выталкивающего штока и верхняя поверхность термокамеры являются нижней рабочей пластиной, опускают верхнюю подвижную пластину до соприкосновения с образцом, нагружают ее грузом массой 250 г и выдерживают в течение 10-20 минут, замеряют высоту образца, при высоте образца более 1,0 см испытание повторяют с увеличением массы груза каждый раз на 250 г до достижения конечной высоты образца 0,3-1,0 см и вычисляют предел текучести по формуле:

,

где τ_n - предел текучести полимерной композиции, г/см²;

h_н - высота образца полимерной композиции перед нагружением, см;

h_k - высота образца полимерной композиции после нагружения, см;

Р - масса груза при испытании, г;

S - площадь сечения образца полимерной композиции перед нагружением, см²;

2,17; 0,17 - постоянные коэффициенты для соотношения диаметра и высоты испытуемого образца 1,4:1,0.

Предлагаемый способ определения предела текучести поясняется фиг.1:

1 - образец исследуемой композиции;

2 - подвижная нагружаемая пластина, соединенная с индикатором перемещения;

3 - термокамера, выполняющая роль неподвижной пластины;

4 - выталкивающий шток.

Приготовленный для исследования образец высоконаполненной полимерной композиции 1 формируют в термокамере 3, выдерживают при требуемых для испытываемой композиции температуре от 20 до 70°С в течение 10-20 минут, затем выталкивающим штоком 4 выпрессовывают вверх до совмещения торцевой поверхности штока с верхней поверхностью термокамеры, при этом поверхность штока и верхняя поверхность термокамеры являются нижней неподвижной пластиной. На выпрессованный образец полимерной композиции опускают соединенную с индикатором перемещения верхнюю подвижную пластину 2, нагружают ее начальным грузом 250 г. До испытаний индикатор перемещения выставляют так, чтобы его показания при контакте подвижной и неподвижной пластин без исследуемого образца равнялись "0". Образец выдерживают под нагрузкой в течение 10-20 минут, затем замеряют высоту образца h_k. При высоте образца более 1,0 см испытания повторяют при грузах, увеличивая их каждый раз на 250 г. По полученным результатам испытаний (приложенной нагрузке и высоте образца h_k, полученной в пределах 0,3-1,0 см) рассчитывают предел текучести исследуемой композиции по приведенной формуле. По высоте образца h_k и величине приложенной нагрузке предел текучести можно определить, руководствуясь графиками, построенными по результатам расчета по указанной формуле и приведенными на фиг.2 для грузов массой 250, 500, 750 г.

Примеры конкретного исполнения способа и результаты приведены в таблице.

Как следует из таблицы, наличие в описываемом способе определения предела текучести полимерной композиции, совокупности действий, порядка их исполнения и условий, обеспечивающих возможность исполнения этих действий, позволяют определить достоверное значение предела текучести, что необходимо для назначения оптимальных параметров формования и оценки пригодности данной полимерной композиции для изготовления монолитных (без воздушных включений) изделий.

Предлагаемый способ определения предела текучести полимерной композиции проверен с положительными результатами в ФГУП "НИИПМ" и ФКП "Пермский пороховой завод".